WO2007147424A1 - Vorrichtung und verfahren zum adress-mapping - Google Patents

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Volker Mösker
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Siemens Home And Office Communication Devices Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to an address mapping device and method, and more particularly to an apparatus and method for address mapping devices in a home network to an external IP address space.
  • FIG. 1 shows a simplified block diagram of a telecommunications system wherein an internal network HN such as a home network is connected to an external network N such as the Internet.
  • a telecommunication terminal TE with a so-called VoIP functionality can be connected to a network node or router R, and this for example via a DSL line (Digital Subscriber Line) with the external network N, which is preferably a packet-switched network.
  • DSL line Digital Subscriber Line
  • IP telephony Internet Protocol
  • Network Address Translation or router R connected to the Internet N, wherein such a network node R has a network address / port conversion (NA (P) T, Network Address (Port) Translation).
  • NA network address / port conversion
  • Port Network Address Translation
  • a network address conversion is a method in which, for example, an Internet Protocol (IP) address in one packet is replaced with another.
  • IP Internet Protocol
  • Such a network address conversion is mainly necessary because external IP addresses are becoming increasingly scarce, and therefore internal IP addresses are used in a home network. So that the devices in the internal network HN can still communicate with the external network or the Internet N, the internal addresses are translated or converted into external addresses.
  • the internal source IP address is replaced by an unused external IP address, whereby the network address conversion unit remembers this conversion.
  • the target IP address and this table entry can then be used to determine which device within the home network HN had requested the data packets.
  • AGGs Application Layer Gateways
  • ALGs scan the traffic in the network node or router R, classifying the traffic based on application-specific characteristics and manipulating it, for example, by exchanging IP addresses and port numbers.
  • Port Forwarding / Virtual Server can be used, in which a user can define static routes in the network node R to allow externally initiated communication, however, a user must be very familiar with IP addresses and port numbers.
  • the invention is therefore based on the object of providing an apparatus and a method for address mapping, with which devices within a home network can be directly addressed or addressed externally.
  • Clients for requesting port numbers designated for a network service and a configuration server for requesting the requested port numbers at a network address conversion unit, wherein the network address converting unit assigns an external network address having the requested port number directly to the network service may for the first time direct addressing of devices within a home network without conventional address translation. In this way, certain devices, which externally only need to be reachable over a limited number of port numbers, such as VoIP telephones, web cameras, dedicated web servers, etc., can be mapped directly into an external IP address space.
  • the configuration client preferably has a DHCP client (Dynamic Host Configuration Protocol) and the configuration server has a DHCP server.
  • a DHCP client Dynamic Host Configuration Protocol
  • the configuration server has a DHCP server.
  • a protocol is available for a large number of network nodes and, in particular, for network address conversion units, so that implementation can be extremely cost-effective.
  • the network address conversion unit may suggest an available alternate port number, thereby greatly simplifying a configuration.
  • the network address conversion unit and the configuration server in a network node or router and the configuration client as well as the network service can be implemented in a telecommunications terminal such as a telephone.
  • a telecommunications terminal such as a telephone.
  • the functionalities of the network address conversion unit, the configuration server, the configuration client and the network service can also be realized in only one telecommunication terminal, whereby a so-called stand-alone solution of the system is obtained, which is directly connected to an external network can.
  • a VoIP service for the realization of an IP telephony comes into consideration, in principle, web cameras, web servers and the like are conceivable.
  • At least one port number for a network service is first requested, the requested port number is subsequently requested from a network address conversion unit, the requested port number is then confirmed, or an alternative
  • Figure 1 is a simplified block diagram illustrating a telecommunications system having a home network and an external network
  • Figure 2 is a simplified block diagram illustrating the home network with a telecommunications terminal and a network node
  • FIG. 3A shows a sequence diagram according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 3B is a sequence diagram according to a second embodiment
  • Figure 4A is a simplified representation of an external address space of a network node before the traffic is switched through;
  • FIG. 4B is a simplified representation of the external address space after switching through the data traffic according to the invention.
  • FIG. 5 shows a flow chart for illustrating essential steps of the method according to the invention for address mapping.
  • FIG. 2 shows a simplified block diagram of an internal network or home network HN with a network node or router R and a telecommunication terminal TE connected to it, such as an IP telephone (Internet Protocol).
  • the network node R has a network address translation unit (NAT) which translates an external network address into an internal network address and, conversely, an internal network address into an external network address Network address is converted.
  • NAT network address translation unit
  • the network node or router R can be connected according to Figure 1, for example via a DSL line with a packet-switching network N such as the Internet.
  • FIG. 4A shows the external address space of the network node R, with the external network address, e.g. IP address (Internet Protocol), in the example 134.134.134.134, which also has the port numbers 0 to 65535.
  • IP address Internet Protocol
  • the port numbers 5004 and 5060 are now to be assigned to a network service NS such as a VoIP service (Voice over IP) for direct addressing from this external address space.
  • VoIP service Voice over IP
  • the network node R has for this purpose a configuration server KS for configuring the network address conversion unit AU.
  • the network node R or its configuration server KS is connected via an internal data line such as a LAN (Local Area Network) with a telecommunication terminal TE or its configuration client KC.
  • the telecommunication terminal TE has a network service NS, which in turn can be addressed by the configuration client KC.
  • the network service NS can for example represent a VoIP service (Voice over IP) for realizing an IP telephone device.
  • the network service NS can be addressed via an internal network address of the internal network HN.
  • the configuration client KC can first at network service NS at least one port specified for this network service NS. ask for the number. This at least one port number requested by the network service NS is then communicated by the configuration client KC to the configuration server KS, which in turn requests the at least one requested port number from the network address conversion unit Aü, the network address conversion unit AU finally polling its external network address. Address with the at least one requested port number assigns the network service NS directly and thus allows a through connection of data traffic directly to the network service NS. An address transformation or translation usually carried out in the network address conversion unit AU no longer takes place here.
  • the address space of the network node or router R present after such a configuration is shown in FIG. 4B, wherein now for the port numbers 5004 and 5060 requested at the network service NS, the external network addresses 134.134.134.134: 5004 and 134.134.134: 5060 for the network service NS have been reserved, which are directly connected through to its internal addresses.
  • the remaining external address space of the network node R now lacks the port numbers 5004 and 5060, for which reason the external IP address 134.134.134 of the network node R is assigned only the port numbers 0 to 5003, 5005 to 5059 and 5061 to 65535.
  • the port numbers usually requested by the network service NS may already be predetermined, whereby a corresponding request is omitted.
  • the desired port numbers can be present in the configuration client KC or in the configuration server KS.
  • the configuration client KC preferably represents a DHCP client for carrying out the so-called "dynamic host configuration protocol", while the configuration server KS represents an associated DHCP server in the network node R.
  • This protocol is used in particular for the Internet in a variety of telecommunications On devices TE and / or network node R anyway, which is why the present invention is particularly simple and inexpensive to implement.
  • DHCP is used to automatically assign IP addresses and thus simplify the administration of IP networks.
  • Figure 3A shows a simplified representation of a sequence diagram, wherein the configuration client KC is such a DHCP client and the configuration server KS is such a DHCP server.
  • the network service NS represents, for example, a VoIP service for implementing an IP telephone, wherein the network node R in turn has the external network address or IP address 134.134.134.134.
  • an IP configuration request is first made by the DHCP client KC via the broadcast message "DHCPDISCOVER" and a search is made for a suitable DHCP server KS More specifically, the system requests the external IP address of the system and a Port reservation for, for example, the port numbers 5060 and 5004, which are usually to be assigned to the VoIP service, is answered by the DHCP server KS with a unicast message "DHCPOFFER", the assigned IP address being "134.134.134.134" externally valid network address is communicated and the ports are limited to the desired port numbers 5060 and 5004.
  • the DHCP client KC answers this offer via a unicast message "DHCPREQUEST” whereby no new contents are transmitted.
  • the DHCP server KS finally acknowledges this positive answer by means of the unicast message "DHCPACK", whereby again no new contents are transmitted. In this way, an offered port number configuration can be confirmed by the configuration client KC to the configuration server KS.
  • FIG. 3B now shows a simplified representation of a sequence diagram according to a second exemplary embodiment, not that of the network service or configuration client KC desired port numbers, but alternative port numbers are proposed server side and they are accepted by the configuration client.
  • a broadcast message "DHCPDISCOVER" is again searched for a suitable DHCP server in the home network and an IP configuration request is started, wherein the external IP address is requested and a port reservation for, for example, port numbers 5060 and 5004
  • the network address conversion unit AU can now propose alternative port numbers, wherein the DHCP server KS in a unicast Message "DHCPOFFER" states that the assigned external IP address is 134.134.134.134 and is also externally valid, but the ports are restricted to port numbers 5062 and 5006, which are proposed as an alternative.
  • the DHCP client KC can now answer this offer or this response of the DHCP server KS positive, if he agrees with the alternative proposed port numbers 5062 and 5006, with no new content is transmitted the unicast message "DHCPACK" is acknowledged such a positive response from the DHCP server KS, again no new content is transmitted.
  • DHCPACK is acknowledged such a positive response from the DHCP server KS, again no new content is transmitted.
  • the disadvantages of the conventional NAT concept are circumvented, whereby certain devices within the home network, which externally only have to be reachable over a limited number of ports or port numbers, such as VoIP telephones, web cameras, Web server, etc., mapped directly into the external IP address space.
  • this is realized by an extended DHCPREQUEST which, in addition to the parameters customary today, also requests for the externally valid IP address of the system, a listing of the port numbers via which the device must be accessible from outside, and the Contains port numbers that the device uses for an outgoing connection.
  • the device requests allocation of the external IP address and the desired port numbers, whereby the network node R checks the request with its network address conversion unit AU and issues the requested parameters to the device if the ports or port numbers do not already belong to another device have been assigned.
  • the device receives a negative answer and can issue a new "request", which may now contain other port numbers As described above, the negative answer may also contain an alternative proposal with other port numbers.
  • the concept can be done with any port numbers by means of an explicit negotiation of the port numbers by the device does not specify port numbers, but only indicates how many ports are needed.
  • the network node R or its network address conversion unit AU must delete the reserved addresses or port numbers for the device from its list of available port numbers, or mark them as unavailable.
  • FIG. 5 therefore shows a flowchart for illustrating essential method steps in realizing the address mapping according to the invention.
  • the DHCP client KC After a start in step SO, the DHCP client KC initially makes a request to the network service NS in a step S1 as to which ports or port numbers are required or desired. This optional step can also be omitted if the required ports or port numbers are already set in the DHCP client. In the event that they are not permanently set in the DHCP client KC, the network service NS can also provide an answer to the DHCP client KC in the optionally optional step S2, in which the desired port numbers are specified.
  • the usual port numbers 5060 and 5004 are output as desired port numbers.
  • an IP configuration request now takes place at the configuration server KS, wherein the configuration client KC makes a request to the configuration server KS, in which he asks for the assignment of an external IP address and the desired port numbers 5060 and 5004 asks.
  • this request is forwarded by the DHCP server KS to the network address conversion unit AU, wherein it is requested whether the requested ports or port numbers 5060 and 5004 are still available.
  • this request is now answered by the network address conversion unit AU to the DHCP server KS, with a positive confirmation for the desired port numbers, if they are still freely available, or a negative answer is output. In the case of a negative answer, optionally one (or more) alternative may be provided
  • Port number (s) are issued or proposed, which is still available for the external address space (are).
  • step S6 now takes an IP configuration response from the DHCP server KS to the DHCP client KC with indication of the network configuration and by the network address conversion unit AU reported as freely available port numbers.
  • these port numbers are forwarded or transmitted by the configuration client KC to the network service NS, wherein in a step S8 the network service NS can either accept or reject these transmitted port numbers, sending a negative acknowledgment.
  • this positive or negative feedback is forwarded from the DHCP client KC to the configuration server KS.
  • the configuration client KC can start a new request according to step S1 or S3. If the port numbers have been accepted or accepted by the network service NS, these port numbers are reported as busy by the configuration server KS to the network address conversion unit AU. In a step Sil, the data traffic for the assumed port numbers in the network address conversion unit AU is then switched through and the port numbers are accordingly marked as no longer available. The method ends in a step S12.
  • Device or network service and network nodes or routers R thus configure their lists with available port numbers, whereby the device or the network service NS only uses its assigned port numbers for its communication and the network node R hides these port numbers from its list. In this way, each appropriately configured internal device receives a unique external IP address.
  • the configuration client KC can send the message "DHCPDECLINE" to the configuration server KS, the negotiation taking place again, the parameters such as port numbers, in turn, being able to change.
  • the invention has been described above with reference to a VoIP service for realizing an IP telephone. However, it is not limited thereto and equally includes web cameras or dedicated web servers as network services. Likewise, the present invention has been described in terms of a DHCP client and server as a configuration client and server. However, it is not limited to this and also includes alternative configuration clients and servers.
  • the invention is not limited thereto and likewise includes devices in which the network address conversion unit, the configuration server, the configuration client and the network service are implemented in a terminal of a home network.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Adress-Mapping mit einem Netzwerkdienst (NS), einem Konfigurations-Client (KC) zum Ermitteln von für den Netzwerkdienst (NS) gewünschten Portnummern, einer Netzwerkadress-Umwandlungseinheit (AU) zum Umwandeln von externen Netzwerk-Adressen in interne Netzwerk-Adressen und umgekehrt, und einem Konfigurations-Server (KS) zum Anfordern der angefragten Portnummern bei der Netzwerkadress-Umwandlungseinheit (AU), wobei diese dem Netzwerkdienst (NS) eine externe Netzwerk-Adresse mit der angeforderten Portnummer direkt zuordnet. Auf diese Weise kann einem in einem inneren Adressraum befindliches Gerät eine eindeutige externe Netzwerk-Adresse zugeordnet werden.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Adress-Mapping
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Adress-Mapping und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Adress-Mapping von Geräten in einem Heim-Netzwerk in einen externen IP-Adressraum.
Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Telekommunikationssystems, wobei ein internes Netzwerk HN wie beispielsweise ein Heim-Netzwerk mit einem externen Netzwerk N wie beispielsweise dem Internet verbunden ist. Gemäß Figur 1 kann hierbei zum Beispiel ein Telekommunikationsendgerät TE mit einer sogenannten VoIP-Funktionalität (Voice over IP) an einen Netzwerkknoten bzw. Router R angeschaltet sein, und dieser beispielsweise über eine DSL-Leitung (Digital Subscri- ber Line) mit dem externen Netzwerk N verbunden sein, das vorzugsweise ein paketvermittelndes Netz darstellt. Auf diese Weise kann beispielsweise IP-Telefonie (Internet Protocol) auch über paketvermittelnde Netze kostengünstig ermöglicht werden.
Üblicherweise sind derartige interne Netzwerke bzw. Heim- Netzwerke HN über sogenannte NAT-Netzwerkknoten (Network
Address Translation) bzw. Router R an das Internet N angebunden, wobei ein derartiger Netzwerkknoten R eine Netzwerk- Adress/Port-ümwandlung (NA(P)T, Network Address (Port) Translation) aufweist.
Eine Netzwerk-Adressumwandlung ist ein Verfahren, bei dem zum Beispiel eine IP-Adresse (Internet Protocol) in einem Datenpaket durch eine andere ersetzt wird. Eine derartige Netzwerk-Adressumwandlung ist hauptsächlich daher notwendig, da externe IP-Adressen immer knapper werden, und man daher in einem Heim-Netzwerk interne IP-Adressen einsetzt. Damit die Geräte im internen Netzwerk HN trotzdem mit dem externen Netzwerk bzw. dem Internet N kommunizieren können, müssen die internen Adressen in externe Adressen übersetzt bzw. umgewandelt werden. Bei ausgehenden Datenpaketen wird hierbei die interne Quell-IP-Adresse durch eine noch nicht benutzte externe IP-Adresse ersetzt, wobei sich die Netzwerkadress- Umwandlungseinheit diese Umsetzung merkt. Bei eingehenden Datenpaketen kann dann anhand der Ziel-IP-Adresse und dieses Tabelleneintrags festgestellt werden, welches Gerät innerhalb des Heim-Netzwerks HN die Datenpakete angefordert hatte.
Nachteilig ist bei diesem System jedoch, dass einerseits Verbindungen immer von intern bzw. dem Heim-Netzwerk HN initiiert werden müssen, damit der Netzwerkknoten bzw. Router R den internen Kommunikationspartner identifizieren kann. Ferner kennen die internen Netzwerkteilnehmer bzw. Geräte die externe IP-Adresse des Heim-Netzwerks HN nicht, wobei die internen Netzwerkteilnehmer unter Umständen auch die extern verwendeten Portnummern nicht kennen.
Zur Umgehung dieser Nachteile sind derzeit recht aufwändige Konzepte im Einsatz. So scannen beispielsweise „ALGs" (Application Layer Gateways) den Datenverkehr im Netzwerkknoten bzw. Router R, wobei sie den Datenverkehr anhand von applikationsspezifischen Merkmalen klassifizieren und entsprechend manipulieren, indem sie zum Beispiel IP-Adressen und Portnum- mern austauschen.
Ferner kann das sogenannte „Port Forwarding/Virtuelle Server" verwendet werden, bei dem ein Benutzer statische Routen im Netzwerkknoten R definieren kann, um eine extern initiierte Kommunikation zu ermöglichen. Hierbei muss jedoch ein Benutzer mit IP-Adressen und Portnummern sehr vertraut sein.
Abschließend sei noch das sogenannte „Port Triggering" genannt, bei dem anhand von Applikationscharakteristika, die sich jedoch ändern können und für neue Applikationen beim Verkauf eines Systems unbekannt sind, zeitlich limitierte statische Routen bei ausgehenden Verbindungen für eingehende Verbindungen freigeschaltet werden. Eine eindeutige Zuordnung kann jedoch wiederum nicht eingehalten werden, weshalb vor allem Verschlüsselungsverfahren auf Netzwerk- und Transportebene große Probleme aufweisen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Adress-Mapping bereitzustellen, mit dem Geräte innerhalb eines Heim-Netzwerks unmittelbar von extern angesprochen bzw. adressiert werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 7 gelöst.
Insbesondere durch die Verwendung eines Konfigurations-
Clients zum Anfragen von für einen Netzwerkdienst bestimmten Portnummern und eines Konfigurations-Servers zum Anfordern der angefragten Portnummern bei einer Netzwerkadress-Umwand- lungseinheit, wobei die NetzwerJcadress-Umwandlungseinheit ei- ne externe Netzwerk-Adresse mit der angeforderten Portnummer direkt dem Netzwerkdienst zuordnet, kann erstmalig eine unmittelbare Adressierung von Geräten innerhalb eines Heim- Netzwerks ohne herkömmliche Adress-Umwandlung durchgeführt werden. Auf diese Weise können bestimmte Geräte, die von ex- tern nur über eine limitierte Anzahl von Portnummern erreichbar sein müssen, wie zum Beispiel VoIP-Telefonen, Webkameras, dedizierte Webserver usw., direkt in einem externen IP- Adressraum gemappt werden.
Vorzugsweise weist der Konfigurations-Client einen DHCP- Client (Dynamic Host Configuration Protocol) und der Konfigurations-Server einen DHCP-Server auf. Ein derartiges Protokoll steht für eine Vielzahl von Netzwerkknoten und insbesondere für Netzwerkadress-Umwandlungseinheiten zur Verfügung, so dass eine Realisierung äußerst kostengünstig erfolgen kann. Vorzugsweise kann die Netzwerkadress-Umwandlungseinheit bei nicht verfügbarer angeforderter Portnummer eine verfügbare alternative Portnummer vorschlagen, wodurch sich eine Konfiguration wesentlich vereinfachen lässt.
Beispielsweise kann die Netzwerkadress-Umwandlungseinheit und der Konfigurations-Server in einem Netzwerkknoten bzw. Router und der Konfigurations-Client sowie der Netzwerkdienst in einem Telekommunikationsendgerät wie beispielsweise einem TeIe- fon realisiert sein. Auf diese Weise können beliebige Geräte eines Heim-Netzwerks direkt in den externen IP-Adressraum mittels eines Netzwerkknotens gemappt werden.
Alternativ können die Funktionalitäten der Netzwerkadress- Umwandlungseinheit, des Konfigurations-Servers, des Konfigurations-Clients und des Netzwerkdienstes auch in nur einem Telekommunikationsendgerät realisiert sein, wodurch man eine sogenannte Stand-alone-Lösung des Systems erhält, welches unmittelbar an ein externes Netzwerk angeschaltet werden kann.
Obwohl als Netzwerkdienst vorzugsweise ein VoIP-Dienst zur Realisierung einer IP-Telefonie in Betracht kommt, sind grundsätzlich auch Webkameras, Webserver und dergleichen denkbar.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Adress-Mapping werden zunächst zumindest eine Portnummer für einen Netzwerkdienst angefragt, die angefragte Portnummer anschließend bei einer Netzwerkadress-Umwandlungseinheit angefordert, die angefor- derte Portnummer daraufhin bestätigt oder eine alternative
Portnummer ausgegeben, die bestätigte oder alternative Portnummer daraufhin durch den Netzwerkdienst angenommen oder abgelehnt und abschließend ein eingehender Datenverkehr in der Netzwerkadress-Umwandlungseinheit an den Netzwerkdienst durchgeschaltet, falls die Portnummer angenommen wurde.
In den weiteren Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Telekommunikationssystems mit einem Heim-Netzwerk und einem externen Netzwerk;
Figur 2 eine vereinfachte Blockdarstellung zur Veranschaulichung des Heim-Netzwerks mit einem Telekommunikationsendgerät und einem Netzwerkknoten;
Figur 3A ein Sequenzdiagramm gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 3B ein Sequenzdiagramm gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Figur 4A eine vereinfachte Darstellung eines externen Adressraums eines Netzwerkknotens vor dem Durchschalten des Datenverkehrs;
Figur 4B eine vereinfachte Darstellung des externen Adressraums nach dem erfindungsgemäßen Durchschalten des Datenverkehrs; und
Figur 5 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung wesentlicher Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Adress-Mapping.
Figur 2 zeigt eine vereinfachte Blockdarstellung eines internen Netzwerks bzw. Heim-Netzwerks HN mit einem Netzwerkknoten bzw. Router R und einem daran angeschlossenen Telekommunika- tionsendgerät TE wie beispielsweise einem IP-Telefon (Internet Protocol) . Der Netzwerkknoten R weist eine Netzwerkadress-Umwandlungs- einheit AU auf (NAT, Network Address Translation) , die eine externe Netzwerk-Adresse in eine interne Netzwerk-Adresse übersetzt bzw. umwandelt und in umgekehrter Richtung eine in- terne Netzwerk-Adresse in eine externe Netzwerk-Adresse umwandelt. Der Netzwerkknoten bzw. Router R kann gemäß Figur 1 beispielsweise über eine DSL-Leitung mit einem paketvermittelnden Netzwerk N wie zum Beispiel dem Internet verbunden sein.
Figur 4A zeigt den externen Adressraum des Netzwerkknotens R, wobei die externe Netzwerk-Adresse, z.B. IP-Adresse (Internet Protocol) , im Beispiel 134.134.134.134 sei, die ferner über die Portnummern 0 bis 65535 verfügt. Erfindungsgemäß sollen nunmehr aus diesem externen Adressraum die Portnummern 5004 und 5060 einem Netzwerkdienst NS wie zum Beispiel einem VoIP- Dienst (Voice over IP) zur unmittelbaren Adressierung zugewiesen werden.
Gemäß Figur 2 weist der Netzwerkknoten R hierfür neben der Netzwerkadress-Umwandlungseinheit AU einen Konfigurations- Server KS zum Konfigurieren der Netzwerkadress-Umwandlungs- einheit AU auf. Der Netzwerkknoten R bzw. dessen Konfigurations-Server KS ist über eine interne Datenleitung wie bei- spielsweise ein LAN (Local Area Network) mit einem Telekommunikationsendgerät TE bzw. dessen Konfigurations-Client KC verbunden. Ferner weist das Telekommunikationsendgerät TE einen Netzwerkdienst NS auf, der wiederum vom Konfigurations- Client KC angesprochen werden kann. Der Netzwerkdienst NS kann zur Realisierung eines IP-Telefongeräts beispielsweise einen VoIP-Dienst (Voice over IP) darstellen. Der Netzwerkdienst NS kann hierbei über eine interne Netzwerk-Adresse des internen Netzwerks HN angesprochen werden.
Zur Realisierung einer dem Netzwerkdienst NS direkt zugeordneten externen Netzwerk-Adresse bzw. externen IP-Adresse kann der Konfigurations-Client KC zunächst beim Netzwerkdienst NS zumindest eine für diesen Netzwerkdienst NS bestimmte Port- nummer erfragen. Diese beim Netzwerkdienst NS erfragte zumindest eine Portnummer wird daraufhin vom Konfigurations-Client KC zum Konfigurations-Server KS kommuniziert, der seinerseits bei der Netzwerkadress-Umwandlungseinheit Aü die zumindest eine angefragte Portnummer anfordert, wobei die Netzwerk- adress-Umwandlungseinheit AU schließlich ihre externe Netzwerk-Adresse mit der zumindest einen angeforderten Portnummer dem Netzwerkdienst NS direkt zuordnet und somit ein Durchschalten eines Datenverkehrs unmittelbar bis zum Netzwerk- dienst NS ermöglicht. Eine üblicherweise in der Netzwerk- adress-Ümwandlungseinheit AU durchgeführte Adress-Umwandlung bzw. -Übersetzung findet hierbei nicht länger statt.
Der nach einer derartigen Konfiguration vorliegende Adress- räum des Netzwerkknotens bzw. Routers R ist in Figur 4B dargestellt, wobei nunmehr für die beim Netzwerkdienst NS angefragten Portnummern 5004 und 5060 die externen Netzwerk- Adressen 134.134.134.134:5004 und 134.134.134.134:5060 für den Netzwerkdienst NS reserviert wurden, die direkt zu dessen internen Adressen durchgeschaltet sind. Im verbleibenden externen Adressraum des Netzwerkknotens R fehlen nunmehr die Portnummern 5004 und 5060, weshalb der externen IP-Adresse 134.134.134.134 des Netzwerkknotens R nur noch die Portnummern 0 bis 5003, 5005 bis 5059 und 5061 bis 65535 zugeordnet sind.
Optional können die üblicherweise beim Netzwerkdienst NS angefragten Portnummern auch bereits vorgegeben sein, wodurch eine entsprechende Anfrage entfällt. Beispielsweise können die gewünschten Portnummern im Konfigurations-Client KC oder im Konfigurations-Server KS vorliegen.
Gemäß Figur 2 stellt der Konfigurations-Client KC vorzugsweise einen DHCP-Client zum Durchführen des sogenannten „Dynamic Host Configuration Protokolls" dar, während der Konfigurations-Server KS im Netzwerkknoten R einen zugehörigen DHCP- Server darstellt. Dieses insbesondere für das Internet genutzte Protokoll liegt in einer Vielzahl von Telekommunikati- onsendgeräten TE und/oder Netzwerkknoten R ohnehin vor, weshalb sich die vorliegende Erfindung besonders einfach und kostengünstig realisieren lässt. Das DHCP dient hierbei insbesondere dazu, IP-Adressen automatisch zu vergeben und da- durch die Verwaltung von IP-Netzen zu vereinfachen.
Figur 3A zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Sequenzdiagramms, wobei der Konfigurations-Client KC ein derartiger DHCP-Client und der Konfigurations-Server KS ein derartiger DHCP-Server ist. Der Netzwerkdienst NS stellt zur Realisierung eines IP-Telefons beispielsweise einen VoIP-Dienst dar, wobei der Netzwerkknoten R wiederum die externe Netzwerk- Adresse bzw. IP-Adresse 134.134.134.134 aufweist.
Gemäß Figur 3A wird zunächst vom DHCP-Client KC über die Broadcast-Meldung „DHCPDISCOVER" eine IP-Konfigurations- anfrage durchgeführt und nach einem geeigneten DHCP-Server KS gesucht. Genauer gesagt wird hierbei nach der externen IP- Adresse des Systems angefragt und eine Portreservierung für z.B. die Portnummern 5060 und 5004 durchgeführt, die üblicherweise dem VoIP-Dienst zugeordnet werden sollen. Vom DHCP- Server KS wird diese Anfrage mit einer Unicast-Meldung „DHCPOFFER" beantwortet, wobei die zugewiesene IP-Adresse „134.134.134.134" als extern gültige Netzwerk-Adresse mitge- teilt wird und die Ports auf die gewünschten Portnummern 5060 und 5004 beschränkt werden.
Der DHCP-Client KC beantwortet dieses Angebot per Unicast- Meldung „DHCPREQUEST" wobei keine neuen Inhalte übermittelt werden. Der DHCP-Server KS quittiert schließlich diese positive Antwort per Unicast-Meldung „DHCPACK", wobei wiederum keine neuen Inhalte übermittelt werden. Auf diese Weise kann vom Konfigurations-Client KC zum Konfigurations-Server KS eine angebotene Portnummerkonfiguration bestätigt werden.
Figur 3B zeigt nunmehr eine vereinfachte Darstellung eines Sequenzdiagramms gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei nicht die vom Netzwerkdienst oder Konfigurations-Client KC gewünschten Portnummern, sondern alternative Portnummern serverseitig vorgeschlagen werden und diese vom Konfigurations-Client angenommen werden.
Gemäß Figur 3B wird wiederum über eine Broadcast-Meldung „DHCPDISCOVER" nach einem geeigneten DHCP-Server im Heim- Netzwerk gesucht und eine IP-Konfigurationsanfrage gestartet, wobei nach der externen IP-Adresse gefragt wird und eine Portreservierung für z.B. die Portnummern 5060 und 5004 durchgeführt wird. Für den Fall, dass die nicht dargestellte Netzwerkadress-Umwandlungseinheit die gewünschten Portnummern 5060 und 5004 bereits vergeben hat oder diese nicht zur Verfügung stehen, kann die Netzwerkadress-Umwandlungseinheit AU nunmehr alternative Portnummern vorschlagen, wobei der DHCP- Server KS in einer Unicast-Meldung „DHCPOFFER" mitteilt, dass die zugewiesene externe IP-Adresse 134.134.134.134 lautet und zudem extern gültig ist, wobei jedoch die Ports auf die alternativ vorgeschlagenen Portnummern 5062 und 5006 beschränkt werden.
In seiner Unicast-Meldung „DHCPREQUEST" kann der DHCP-Client KC nunmehr dieses Angebot bzw. diese Antwort des DHCP-Servers KS positiv beantworten, sofern er mit den alternativ vorgeschlagenen Portnummern 5062 und 5006 einverstanden ist, wobei keine neuen Inhalte übermittelt werden. Mit der Unicast-Meldung „DHCPACK" wird eine derartige positive Antwort vom DHCP- Server KS quittiert, wobei wiederum keine neuen Inhalte übermittelt werden. Auf diese Weise kann unter Verwendung einer DHCP-Umgebung eine Zuweisung einer externen Netzwerk-Adresse zu einem Gerät oder Netzwerkdienst NS innerhalb eines Heim- Netzwerks HN einfach durchgeführt werden.
Demzufolge werden die Nachteile des herkömmlichen NAT-Konzep- tes umgangen, wobei bestimmte Geräte innerhalb des Heim-Netz- werks, welche von extern nur über eine limitierte Anzahl von Ports bzw. Portnummern erreichbar sein müssen, wie zum Beispiel VoIP-Telefone, Webkameras, Webserver usw., direkt in den externen IP-Adressraum gemappt werden. Im Falle einer DHCP-Umgebung wird dies durch einen erweiterten DHCPREQUEST realisiert, der neben den heute üblichen Parametern ferner eine Anfrage über die extern gültige IP- Adresse des Systems, eine Auflistung der Portnummern, über die das Gerät von außen erreichbar sein muss, und die Portnummern enthält, die das Gerät für eine ausgehende Verbindung nutzt. Das Gerät bittet hierbei um Zuteilung der externen IP- Adresse und der gewünschten Portnummern, wobei der Netzwerk- knoten R mit seiner Netzwerkadress-Umwandlungseinheit AU die Anfrage prüft und die angefragten Parameter dem Gerät erteilt, falls die Ports bzw. Portnummern nicht schon einem anderen Gerät zugewiesen wurden.
Sind die Parameter schon vergeben, so bekommt das Gerät eine negative Antwort und kann einen erneuten „Request" stellen, der nunmehr andere Portnummern enthalten kann. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann in der negativen Antwort auch ein Alternativvorschlag mit anderen Portnummern enthalten sein.
Grundsätzlich kann das Konzept bei beliebigen Portnummern auch mittels einer expliziten Aushandlung der Portnummern erfolgen, indem das Gerät keine Portnummern vorgibt, sondern nur angibt, wie viele Ports benötigt werden. Um eine Mehr- fachvergabe von Portnummern zu vermeiden, muss der Netzwerkknoten R bzw. dessen Netzwerkadress-Umwandlungseinheit AU die reservierten Adressen bzw. Portnummern für das Gerät aus seiner Liste der verfügbaren Portnummern streichen, bzw. als nicht verfügbar markieren.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Adress- Mapping beschrieben, wobei die in Figur 2 dargestellten Pfeile Sl bis SlO entsprechende Verfahrensschritte darstellen, wie sie in Figur 5 dargestellt sind. Figur 5 zeigt demzufolge ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung von wesentlichen Verfahrensschritten bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Adress-Mappings . Nach einem Start in Schritt SO wird zunächst in einem Schritt Sl vom DHCP-Client KC beim Netzwerkdienst NS eine Anfrage gemacht, welche Ports bzw. Portnummern benötigt bzw. gewünscht werden. Dieser optionale Verfahrensschritt kann auch entfal- len, wenn die benötigten Ports bzw. Portnummern bereits im DHCP-Client fest eingestellt sind. Für den Fall, dass sie nicht im DHCP-Client KC fest eingestellt sind, kann im ebenfalls optionalen Schritt S2 vom Netzwerkdienst NS eine Antwort an den DHCP-Client KC gegeben werden, in der die ge- wünschten Portnummern angegeben sind.
Für das vorstehend beschriebene Beispiel eines VoIP-Dienstes werden zum Beispiel die üblichen Portnummern 5060 und 5004 als gewünschte Portnummern ausgegeben. In einem Schritt S3 erfolgt nunmehr eine IP-Konfigurationsanfrage beim Konfigurations-Server KS, wobei der Konfigurations-Client KC eine Anfrage an den Konfigurations-Server KS stellt, bei der er um die Zuweisung einer externen IP-Adresse und den gewünschten Portnummern 5060 und 5004 bittet.
In einem Schritt S4 wird diese Anfrage vom DHCP-Server KS an die Netzwerkadress-Umwandlungseinheit AU weitergegeben, wobei angefragt wird, ob die angeforderten Ports bzw. Portnummern 5060 und 5004 noch frei sind. In einem Schritt S5 erfolgt nunmehr eine Beantwortung dieser Anfrage von der Netzwerk- adress-Umwandlungseinheit AU an den DHCP-Server KS, wobei eine positive Bestätigung für die gewünschten Portnummern erfolgt, wenn diese noch frei verfügbar sind, oder eine negative Antwort ausgegeben wird. Für den Fall einer negativen Be- antwortung kann optional eine (oder mehrere) alternative
Portnummer (n) ausgegeben bzw. vorgeschlagen werden, die für den externen Adressraum noch frei verfügbar ist (sind).
Im Schritt S6 erfolgt nunmehr eine IP-Konfigurations-Antwort vom DHCP-Server KS an den DHCP-Client KC mit Angabe der Netzwerkkonfiguration und den von der Netzwerkadress-Umwandlungs- einheit AU als frei verfügbar gemeldeten Portnummern. In einem Schritt S7 werden diese Portnummern vom Konfigurations-Client KC an den Netzwerkdienst NS weitergeleitet bzw. übermittelt, wobei in einem Schritt S8 der Netzwerkdienst NS diese übermittelten Portnummern entweder annehmen oder ableh- nen kann, wobei er eine negative Rückmeldung verschickt. In Schritt S9 wird diese positive oder negative Rückmeldung vom DHCP-Client KC an den Konfigurations-Server KS weitergeleitet.
Falls die Portnummern vom Netzwerkdienst nicht akzeptiert wurden bzw. eine Ablehnung vorliegt, kann der Konfigurations- Client KC eine erneute Anfrage gemäß Schritt Sl oder S3 starten. Falls die Portnummern vom Netzwerkdienst NS akzeptiert bzw. angenommen wurden, so werden diese Portnummern vom Kon- figurations-Server KS an die Netzwerkadress-Umwandlungsein- heit AU als belegt gemeldet. In einem Schritt Sil wird daraufhin der Datenverkehr für die angenommenen Portnummern in der Netzwerkadress-Umwandlungseinheit AU durchgeschalten und die Portnummern entsprechend als nicht länger verfügbar mar- kiert. Das Verfahren endet in einem Schritt S12.
Gerät bzw. Netzwerkdienst und Netzwerkknoten bzw. Router R konfigurieren somit ihre Listen mit verfügbaren Portnummern, wodurch das Gerät bzw. der Netzwerkdienst NS nur die ihm zu- gewiesenen Portnummern für seine Kommunikation nutzt und der Netzwerkknoten R diese Portnummern aus seiner Liste ausblendet. Auf diese Weise erhält jedes entsprechend konfigurierte interne Gerät eine eindeutige externe IP-Adresse.
Ist das Konfigurationsangebot vom Konfigurations-Server KS nicht akzeptabel, so kann der Konfigurations-Client KC die Meldung „DHCPDECLINE" an den Konfigurations-Server KS senden, wobei das Aushandeln erneut erfolgt. Die Parameter wie zum Beispiel Portnummern können sich hierbei wiederum verändern.
Ferner besteht die Möglichkeit, dass sich der Netzwerkdienst NS entscheidet, mit einer nur intern gültigen IP-Adresse zu leben, wobei wiederum eine herkömmliche Adress-Umwandlung durchgeführt werden muss.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines VoIP-Dienstes zur Realisierung eines IP-Telefons beschrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und umfasst in gleicher Weise auch Web-Kameras oder dedizierte Web-Server als Netzwerkdienste. In gleicher Weise wurde die vorliegende Erfindung anhand eines DHCP-Client und -Server als Konfigurations-Client und - Server beschrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und umfasst in gleicher Weise auch alternative Konfigurations-Clients und -Server.
Ferner wurde vorstehend eine Lösung beschrieben, bei der das Telekommunikationsendgerät getrennt vom Netzwerkknoten im
Heim-Netzwerk ausgebildet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und umfasst in gleicher Weise auch Geräte, bei denen die Netzwerkadress-Umwandlungseinheit , der Konfigurations-Server, der Konfigurations-Client und der Netzwerk- dienst in einem Endgerät eines Heim-Netzwerks realisiert sind.
Bezugszeichenliste
TE Telekoitununikationsendgerät
R Netzwerkknoten N externes Netzwerk
HN internes Netzwerk
NS Netzwerkdienst
KC Konfigurations-Client
KS Konfigurations-Server AU Netzwerkadress-Umwandlungseinheit
SO bis S12 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Adress-Mapping mit einem Netzwerkdienst (NS) , der über eine interne Netzwerkad- resse angesprochen werden kann; einem Konfigurations-Client (KC) zum Ermitteln von für den
Netzwerkdienst (NS) bestimmten zumindest einen gewünschten
Portnummer; einer Netzwerkadress-Umwandlungseinheit (AU) zum Umwandeln von externen Netzwerk-Adressen in interne Netzwerk-Adressen und umgekehrt; und einem Konfigurations-Server (KS) zum Anfordern der zumindest einen gewünschten Portnummer bei der Netzwerkadress-Umwand- lungseinheit (AU) , wobei diese eine externe Netzwerk-Adresse mit der zumindest einen angeforderten Portnummer dem Netzwerkdienst (NS) direkt zuordnet.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Konfi- gurations-Client (KC) einen DHCP-Client und der Konfigurations-Server (KS) einen DHCP-Server darstellen.
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Netz- werkadress-Umwandlungseinheit (AU) bei nicht verfügbarer angeforderter Portnummer eine verfügbare alternative Portnummer ausgibt.
4. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die
Netzwerkadress-Umwandlungseinheit (AU) und der Konfigurations-Server (KS) in einem Netzwerkknoten (R) und der Konfigurations-Client (KC) und der Netzwerkdienst (NS) in einem Telekommunikationsendgerät (TE) eines Heim-Netzwerks (HN) rea- lisiert sind.
5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Netzwerkadress-Umwandlungseinheit (AU) , der Konfigurations- Server (KS) , der Konfigurations-Client (KC) und der Netzwerkdienst (NS) in einem Telekommunikationsendgerät eines Heim- Netzwerks (HN) realisiert sind.
6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Netzwerkdienst (NS) einen VoIP-Dienst darstellt.
7. Verfahren zum Adress-Mapping mit den Schritten: Ermitteln (Sl bis S3) von zumindest einer für einen Netzwerkdienst (NS) gewünschten Portnummer;
Anfordern (S4) der gewünschten Portnummer bei einer Netzwerk- adress-Umwandlungseinheit (AU) ;
Bestätigen (S5 bis S7) der angeforderten Portnummer oder Ausgabe einer alternativen Portnummer;
Annehmen/Ablehnen (S8 bis SlO) der bestätigten oder alternativen Portnummer durch den Netzwerkdienst (NS)/ und Durchschalten (Sil) eines eingehenden Datenverkehrs in der
Netzwerkadress-Umwandlungseinheit (AU) an den Netzwerkdienst (NS) , falls eine Annahme der angeforderten Portnummer vorliegt.
8. Verfahren nach Patentanspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass beim Ermitteln der Portnummer: eine Portnummern-Anfrage (Sl) beim Netzwerkdienst (NS) ; eine Ausgabe (S2) der gewünschten Portnummer vom Netzwerk- dienst (NS) ; und eine Konfigurationsanfrage (S3) von einem Konfigurations- Client (KC) bei einem Konfigurations-Server (KS) für die ausgegebene Portnummer durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Patentansprüche 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass beim Anfordern (S4) der gewünschten Portnummer eine Verfügbarkeit in einer Portnummern-Liste der Netzwerkadress-Umwandlungseinheit (AU) geprüft wird.
10. Verfahren nach einem der Patentansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass beim Bestätigen oder Ausgeben einer alternativen Portnummer die angeforderte Portnummer als frei bestätigt oder eine freie alternative Portnummer durch die Netzwerkadress-Umwandlungseinheit (AU) ausgegeben wird (S5) ; die bestätigte oder alternative Portnummer mit der externen Netzwerk-Adresse der Netzwerkadress-Umwandlungseinheit (AU) an den Konfigurations-Client (KC) weitergeleitet wird (S6) ; und die weitergeleitete Portnummer mit der externen Netzwerk- Adresse an den Netzwerkdienst (NS) übermittelt wird (S7).
11. Verfahren nach einem der Patentansprüche 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass beim Annehmen/Ablehnen der bestätigten oder alternativen Portnummer: der Netzwerkdienst (NS) die übermittelte Portnummer annimmt oder ablehnt (S8) ; die Annahme/Ablehnung an den Konfigurations-Server (KS) weitergeleitet wird (S9) ; und der Konfigurations-Server (KS) die bestätigte oder alternati- ve Portnummer als belegt an die Netzwerkadress-Umwandlungs- einheit (AU) übermittelt, falls eine Annahme vorliegt (SlO) .
12. Verfahren nach einem der Patentansprüche 7 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass beim Durchschalten des Datenverkehrs für die angenommene Portnummer, diese Portnummer in einer Portnummernliste als nicht verfügbar markiert wird.
13. Verfahren nach einem der Patentansprüche 7 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Anfragen, Bestätigen und Annehmen/Ablehnen der Portnummern nach dem DHCP-Protokoll durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Patentansprüche 7 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Netzwerkdienst (NS) einen VoIP-Dienst darstellt.
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